1.本发明涉及微波毫米波通信技术领域，尤其涉及一种结构复用型低频振子和包含该结构复用型低频振子的共轴嵌套基站天线。
背景技术：2.随着2g、3g、4g和5g通信网络的不断发展，多频段多制式的系统共存成为现代无线通信系统发展的主要特点。因此，使用多频天线阵列作为基站天线，使得单个天线罩内的天线阵列可以工作在多个频段并同时支持多种制式的网络，具有单频段天线无可比拟的优势。
3.目前，多频天线设计多以低频天线和高频天线共轴嵌套的方式实现，该实现方式下高低频天线共享同一物理口径，具有横向尺寸小、结构紧凑等优点，是天线设计领域的研究重点和难点。例如，在大规模应用在4g移动通信基站的共轴嵌套天线中，包括面向3g网络的900mhz低频碗状天线和面向4g网络的1800mhz高频偶极子天线，其中1800mhz高频偶极子天线共轴套嵌于900mhz低频碗状天线之中。
4.随着中国广电的700mhz频段正式被列入我国5g商用频段，5g基站天线低频的频段需要由现在的820mhz～960mhz扩展到690mhz～960mhz。现有的共轴嵌套基站天线方案难以满足如下要求：一方面，现有方案的低频碗状天线往往难以同时满足小尺寸(《145
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80mm3)以及690mhz～960mhz的带宽覆盖需求；另一方面，高频振子天线共轴布置于低频碗状天线之中时往往需要额外的反射板来实现高频天线的定向辐射，这会增加结构复杂度以及加工安装成本。
5.基于此，需要一种新的解决方案。
技术实现要素：6.本发明的主要目的在于提供一种结构复用型低频振子，使其不仅具有覆盖690mhz～960mhz的宽带性能，还可简单紧凑地与高频天线进行共轴融合。
7.为实现上述目的，本发明提供一种结构复用型低频振子，包括底座、碗状振臂和多根馈电同轴线，所述碗状振臂设置在所述底座上方且由多个振臂单元围绕而成，每个振臂单元包括振臂主体部和振臂弯折部，所述振臂主体部包括底部和侧壁，所述振臂弯折部设置在所述侧壁上方，多个振臂主体部的底部在同一平面内构成高低频共轴嵌套时的高频反射板，所述馈电同轴线连接在所述振臂主体部的所述底部上的馈电端口。
8.在本发明提供的结构复用型低频振子中，所述振臂主体部和所述振臂弯折部由同一块金属板弯折而成。
9.在本发明提供的结构复用型低频振子中，所述碗状振臂为对称结构。
10.在本发明提供的结构复用型低频振子中，相邻的两个振臂主体部的底部之间设置有加载缝隙部。
11.在本发明提供的结构复用型低频振子中，所述加载缝隙部包括长缝和两条短缝，
所述两条短缝分别设置在所述长缝的端部的两侧。
12.在本发明提供的结构复用型低频振子中，所述碗状振臂垂直设置在所述底座上。
13.在本发明提供的结构复用型低频振子中，所述振臂弯折部包括第一弯折单元和第二弯折单元，所述第一弯折单元连接所述侧壁且与所述底部平行，所述第二弯折单元连接所述第一弯折单元并朝着所述底部的方向折合下垂。
14.在本发明提供的结构复用型低频振子中，还包括设置在多个所述振臂主体部的交汇部的中心开孔。
15.本发明还提供一种共轴嵌套基站天线，包括如上所述的结构复用型低频振子和高频振子。
16.本发明提供的结构复用型低频振子具有以下有益效果：
17.1、尺寸较小而带宽较宽：传统的碗状天线为减小对共轴嵌入高频天线的影响多采用细振子臂结构，整体尺寸较大，且带宽较窄，难以完全覆盖690-960mhz频段；本发明将传统碗状天线的振子臂拓宽为全金属面结构，增加了振臂金属面积以及振臂间的耦合度，从而在缩减天线尺寸的同时有效增加了天线的工作带宽；
18.2、结构简单且稳定：传统的高低频共轴套嵌设计中，往往需将高频天线抬高，从而降低高低频设计间的互耦，高频天线为获得良好的定向辐射性能则需要引入额外的金属反射板部件，这样不仅增加结构复杂度以及加工安装成本，还会降低天线的结构和电性能的稳定性；本发明舍弃了传统的直线型振臂结构，将振臂进行了两次弯折，两次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
20.图1所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的主视图；
21.图2所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的侧视图；
22.图3所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的俯视图；
23.图4所示为本发明一实施例提供的共轴嵌套基站天线的示意图；
24.图5所示为仿真实验的天线的反射系数；
25.图6所示为天线双极化的端口间隔离度性能；
26.图7和8给出了天线在三个频点的方向图。
具体实施方式
27.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
29.现有技术的碗装低频振子的缺点主要有以下三点：
30.第一点是带宽较窄；在4g时代，低频碗状天线需要覆盖的带宽通常为820mhz～960mhz；而在如今的5g时代，考虑到中国广电的加入，碗状天线需要覆盖的带宽拓展为690mhz～960mhz；
31.第二点是尺寸偏大；为了维持相应的增益，天线口径(及电尺寸)需要维持在一定大小，但随着天线带宽向低频拓展，天线的中心频率降低，等效的天线电尺寸将会进一步减小；为了获得在低频获得足够的增益，天线需要增加口径，但是过大的尺寸会影响诸如前后比，隔离等其它性能；
32.第三点是结构复杂；现有的高低频共轴嵌套技术中，高频振子天线通常需要额外的反射板来实现定向辐射；这不仅会增加结构复杂度以及加工安装成本，还会降低天线的结构和电性能的稳定性。
33.基于此，本发明提供一种结构复用型低频振子，不仅能够在较小的尺寸下拓展天线带宽、维持辐射性能，还能够在高低频共轴嵌套使用时省去额外的高频反射板结构。首先，将传统碗状天线的振子臂拓宽为全金属面结构，增加了振臂金属面积以及振臂间的耦合度，从而在缩减天线尺寸的同时有效增加了天线的工作带宽。在此基础上，舍弃了传统的直线型振臂结构，将振臂进行了两次弯折，两次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。虽然两次弯折的结构具有以上优点，但是振臂底部的平面结构会导致天线输入阻抗的容抗增加，不利于天线的阻抗匹配。因此，本发明在天线的振臂底部引入缝隙加载，增加天线的感抗，与容抗相抵消，实现天线的阻抗匹配。本发明提出的结构复用型宽带碗型振子充分考虑了与高频天线的高效融合，其结构简单，易于装配。其带宽能覆盖5g中的中国广电700mhz频段和lte常规的900mhz频段(690～960mhz)。
34.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
35.实施例一
36.图1所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的主视图；图2所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的侧视图；图3所示为本发明一实施例提供的结构复用型低频振子的俯视图。如图1-3所示，本发明提供的结构复用型低频振子包括底座1、碗状振臂和多根馈电同轴线(4-1、4-1’、4-2、4-2’)，其中，碗状振臂设置在所述底座上方。
37.具体地，在本发明一实施例中，所述碗状振臂由多个振臂单元(例如，图1所示的实施例中包括4个振臂单元)围绕而成，每个振臂单元包括振臂主体部2和振臂弯折部3，所述振臂主体部包括底部和侧壁，所述振臂弯折部设置在所述侧壁上方，多个振臂主体部的底部在同一平面内构成高低频共轴嵌套时的高频反射板。多个振臂主体部2的多个底部构成了碗状天线底部的平面金属地，多个侧壁构成了四周的金属壁结构，平面金属地在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频
反射板，简化了天线整体结构。
38.进一步地，在本发明一实施例中，所述碗状振臂垂直设置在所述底座上，所述馈电同轴线连接在所述振臂主体部的所述底部上的馈电端口。在本发明中，方形底座用于支撑其余结构并提供稳定的接地连接，馈电同轴线沿着方形底座的侧壁经由振臂主体部的底部上的同轴线连接孔连接到振臂主体部的馈电端口上以提供馈电。
39.进一步地，在本发明一实施例中，所述碗状振臂为对称结构，所述振臂主体部和所述振臂弯折部由同一块金属板弯折而成，由此，将传统碗状天线的振子臂拓宽为全金属面结构，增加了振臂金属面积以及振臂间的耦合度，从而在缩减天线尺寸的同时有效增加了天线的工作带宽。
40.进一步地，所述振臂弯折部3包括第一弯折单元和第二弯折单元，所述第一弯折单元连接所述侧壁且与所述底部平行，所述第二弯折单元连接所述第一弯折单元并朝着所述底部的方向折合下垂。在本发明中，通过将振臂弯折部进行折合下垂可进一步减小天线平面尺寸。由此，首先同一块金属板弯折形成振臂主体部和所述振臂弯折部而增加了振臂宽度和振臂间的耦合度，在缩减天线尺寸的同时增加了天线的工作带宽。在此基础上，舍弃了传统的直线型结构，2次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。
41.进一步地，在本发明一实施例中，相邻的两个振臂主体部的底部之间设置有加载缝隙部6。所述加载缝隙部包括长缝和两条短缝，所述两条短缝分别设置在所述长缝的端部的两侧，其中，长缝的端部为长缝靠近多个振臂主体部的底部形成的平面的中心的一端。进一步地，中间的长缝提供馈电所需的相位，延伸出的两条短缝为天线提供感性加载，用于增加天线的感抗。由于两次弯折形成的振臂主体部的底部的平面结构会导致天线输入阻抗的容抗增加，不利于天线的阻抗匹配。因此，本发明在天线的振臂主体部的底部形成的平面中引入缝隙加载，增加天线的感抗，与容抗相抵消，实现天线的阻抗匹配。
42.进一步地，在本发明一实施例中，还包括设置在多个所述振臂主体部的交汇部的中心开孔5。在与高频振子组成共轴嵌套基站天线时，高频振子通过中心开孔5与低频振子组装在一起，可根据共轴嵌入的高频振子固定件按需设计，无特殊要求。
43.本发明提供的结构复用型低频振子具有以下优点：
44.1、尺寸较小而带宽较宽：传统的碗状天线为减小对共轴嵌入高频天线的影响多采用细振子臂结构，整体尺寸较大，且带宽较窄，难以完全覆盖690-960mhz频段；本发明将传统碗状天线的振子臂拓宽为全金属面结构，增加了振臂金属面积以及振臂间的耦合度，从而在缩减天线尺寸的同时有效增加了天线的工作带宽，采用开模压铸整体实现；天线的整体高度为78mm，平面尺寸为144mm
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144mm。
45.2、结构简单且稳定：传统的高低频共轴套嵌设计中，往往需将高频天线抬高，从而降低高低频设计间的互耦，高频天线为获得良好的定向辐射性能则需要引入额外的金属反射板部件，这样不仅增加结构复杂度以及加工安装成本，还会降低天线的结构和电性能的稳定性；本发明舍弃了传统的直线型振臂结构，将振臂进行了两次弯折，两次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。
46.实施例二
47.图4所示为本发明一实施例提供的共轴嵌套基站天线的示意图。如图4所示，本实施例提供的共轴嵌套基站天线图1-3中所示的构复用型低频振子和高频振子。在与高频振子组成共轴嵌套基站天线时，高频振子通过中心开孔5与低频振子组装在一起。由于舍弃了传统的直线型振臂结构，将振臂进行了两次弯折，两次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。
48.根据本发明提供的低频振子和天线进行了仿真实验，其中，天线的辐射性能如表1所示，其反射板的尺寸为300mm
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300mm，无侧挡板，进一步地，在实际使用中将会采用双列、有侧挡板的阵列结构，对单个单元的辐射性能的要求更看重天线的半宽(3db波瓣宽度)是否稳定，表1可以证实该天线的半宽较为稳定。图5给出了天线的反射系数，其双极化的端口间隔离度性能如图6所示，驻波比小于1.25(s11约为-15)，带宽范围为680-965mhz，可以很好的覆盖700\900频段。(上述结果均为计算机模拟结果)；图7和8给出了天线在三个频点的方向图。
49.表1：天线辐射性能表格
[0050][0051]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0052]
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0053]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0054]
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
技术特征：1.一种结构复用型低频振子，其特征在于，包括底座、碗状振臂和多根馈电同轴线，所述碗状振臂设置在所述底座上方且由多个振臂单元围绕而成，每个振臂单元包括振臂主体部和振臂弯折部，所述振臂主体部包括底部和侧壁，所述振臂弯折部设置在所述侧壁上方，多个振臂主体部的底部在同一平面内构成高低频共轴嵌套时的高频反射板，所述馈电同轴线连接在所述振臂主体部的所述底部上的馈电端口。2.根据权利要求1所述的结构复用型低频振子，其特征在于，所述振臂主体部和所述振臂弯折部由同一块金属板弯折而成。3.如权利要求1的结构复用型低频振子，其特征在于，所述碗状振臂为对称结构。4.如权利要求1的结构复用型低频振子，其特征在于，相邻的两个振臂主体部的底部之间设置有加载缝隙部。5.如权利要求4的结构复用型低频振子，其特征在于，所述加载缝隙部包括长缝和两条短缝，所述两条短缝分别设置在所述长缝的端部的两侧。6.如权利要求1的结构复用型低频振子，其特征在于，所述碗状振臂垂直设置在所述底座上。7.如权利要求1所述的结构复用型低频振子，其特征在于，所述振臂弯折部包括第一弯折单元和第二弯折单元，所述第一弯折单元连接所述侧壁且与所述底部平行，所述第二弯折单元连接所述第一弯折单元并朝着所述底部的方向折合下垂。8.如权利要求1所述的结构复用型低频振子，其特征在于，还包括设置在多个所述振臂主体部的交汇部的中心开孔。9.一种共轴嵌套基站天线，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的结构复用型低频振子和高频振子。
技术总结本发明公开了一种结构复用型低频振子，包括底座、碗状振臂和多根馈电同轴线，碗状振臂设置在底座上方且由多个振臂单元围绕而成，每个振臂单元包括振臂主体部和振臂弯折部，振臂主体部包括底部和侧壁，振臂弯折部设置在侧壁上方，多个振臂主体部的底部在同一平面内构成高低频共轴嵌套时的高频反射板，馈电同轴线连接在振臂主体部的底部上的馈电端口。本发明将振子臂拓宽为全金属面结构，增加了振臂金属面积以及振臂间的耦合度，从而在缩减天线尺寸的同时有效增加了天线的工作带宽；两次弯折后的振臂底部为平面结构，在高频天线共轴嵌入时可复用为高频天线所需的反射地结构，从而有效省去了本来额外所需的高频反射板，简化了天线整体结构。体结构。体结构。
技术研发人员：杨汶汶 孙闻剑 陈建新 王学仁 郑朝义 顾晓凤 徐翠
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
